DE2462564A1

DE2462564A1 - Vorrichtung zur untersuchung von objekten mittels durchdringender strahlung

Info

Publication number: DE2462564A1
Application number: DE19742462564
Authority: DE
Inventors: Godrey Newbold Hounsfield
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1973-06-01
Filing date: 1974-05-29
Publication date: 1977-11-03
Also published as: DE2426343C2; DE2426343A1; DE2462564B2; JPS5028894A; GB1475492A; JPS5436837B2; JPS558790A; JPS5923205B2; US3940625A

Description

Vorrichtung zur Untersuchung von Objekten mittels durchdringender Strahlung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung von Objekten mittels durchdringender Strahlung, unter Verwendung einer Quelle zur Erzeugung der Strahlung und zur Aussendung der selben in unterschiedlichen Richtungen, Mitteln zur Bündelung der Strahlung zu einem ebenen, fächerförmigen Strahlungsfeld endlicher Dicke, Detektoren auf der von der Quelle abgekehrten Seite des Objektes zur Erzeugung von AusgangsSignalen, die ein Maß für die Durchlässigkeit des Objektes für die Strahlung entlang zahlreicher Strahlenwege sind, die in Richtung der Strahlung verlaufen und quer zur Strahlungsrichtung einen Abstand voneinander aufweisen, und Mitteln zur Erzeugung einer Umlaufbewegung der Quelle und der Detektoren um eine gemeinsame Achse, die etwa senkrecht zur Ebene des Strahlungsfeldes verläuft.

In der GB-PS 1 283 915 ist eine Vorrichtung zur Untersuchung eines ebenen Abschnittes oder einer Scheibe eines Körpers mit durchdringender Strahlung beschrieben, mit der ein Abbild der Absorption oder Durchlässigkeit von kleinen Elementen der Scheibe rekonstruiert werden kann. Bei einigen Ausführungsbeispielen der in der genannten Patentschrift beschriebenen Vorrichtung ist es erforderlich, daß die Röntgenstrahlung ein sektorförmiges Feld bildet. In diesem Falle ist eine Gruppe von Detektoren vorgesehen, die die Strahlung empfängt, die auf schmalen Wegen von der Strahlungsquelle zu den Detektoren gelangt. Die Strahlungsquelle und die Detektoren sind ferner um eine zur Ebene des Feldes senkrechte Achse drehbar, so daß von jedem Detektor für mehrere verschiedene Winkellagen der entsprechenden Strahlen jeweils ein Ausgangssignal gewonnen werden kann. Jeder Detektor liefert somit

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eine Angabe über die Durchlässigkeit des Körpers für die Strahlung entlang einer Anzahl von Strahlen. Die Bildrekonstruktion wird dann unter Verwendung dieser Ausgangssignale durchgeführt.

Wenn Röntgenstrahlung in Form eines sektorförmigen Feldes verwendet wird, sollte die Strahlenquelle eine hohe Ausgangsleistung haben, so daß die Detektoren jeweils in einem verhältnismäßig kurzen Zeitintervall einen Eingang feststellen können, aus dem si® die Ausgangssignale erzeugen, um diese Strahlungsleistung zu erzielen, kann eine Coolidge-Röhre mit drehbarer Anode verwendet werden. Bei einer solchen Röhre hat die drehbare Anode einen schrägen Rand, von dem die Röntgenstrahlung mittels eines von der Kathode ausgesandten Elektronenstrahls erzeugt wird. Das benötigte Strahlungsfeld kann durch Bündelung der Röntgenstrahlung erzeugt werden, und es gibt eine Reihe von für die Bündelung der Strahlung geeigneten Richtungen, während andere Richtungen wegen der Nähe der Kathode für die Bündelung ungeeignet sind. Schwierigkeiten ergeben sich jedoch dadurch, daß bei Bündelung von Röntgenstrahlen zu einem Feld die Wahrscheinlichkeit der Verteilung innerhalb des Feldes nicht grundsätzlich gleich ist und auch mit der Drehung der Anode schwanken kann, wohingegen eine genaue Bildrekonstruktion erfordert, daß die Strahlungsdichte jedes Strahls bekannt sein sollte. Darüberhinaus schwankt die Härte in Abhängigkeit von dem Winkel, unter dem die Strahlen von der Oberfläche der Anode austreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Störungen in. der Bildwiedergabe aufgrund von Schwankungen der Härte der Strahlung innerhalb der Ausdehnung des Strahlungsfeldes zu vermeiden. Die gestellte.Aufgabe wird gemäß- der Erfindung dadurch gelöst, daß Mittel zur Kompensation der Härte der Strahlung über der Breite des Feldes vorgesehen sind.

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Vorzugsweise bestehen die Mittel aus einem Keil aus absorbierendem Material, der innerhalb des Strahlungsfeldes angeordnet und so ausgebildet ist, daß die Härte der Strahlung unabhängig von dem Winkel ist, unter dem die Strahlung aus der Quelle austritt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer er

findungsgemäßen Vorrichtung zur Untersuchung eines Körpers mittels durchdringender Strahlung,

Fig. 2 eine schematische Querschnittsdar-

stellung einer Coolidge-Röhre mit rotie*- render Anode, die als Röntgenstrahlungsquelle in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung verwendbar ist und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Mittel

zur Kompensation der winkelabhängigen Härteunterschiede.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung dient zur untersuchung ebener Abschnitte des menschlichen Körpers mittels Röntgenstrahlung, wobei aus der Absorption oder Durchlässigkeit der elementaren Bereiche des Abschnittes für die Röntgenstrahlung ein Bild rekonstruiert werden kann. Die Vorrichtung besteht aus einem Teil 1 mit einer Ausnehmung, in die der zu untersuchende Teil des Körpers eines Patienten eingeführt und darin örtlich festgelegt werden kann. Das !Teil 1 ist ortsfest in bezug

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auf den nicht dargestellten Rahmen der Vorrichtung. Ein Stuhl oder ein Tisch für den Patienten ist ortsfest in bezug auf den Rahmen vorgesehen. An einem Äbtastring 3, der um das Teil 1 drehbar ist, befindet sich eine Röntgenstrahlenquelle 2, wobei ein Elektromotor 4 einen Rand 5 am Umfang des Ringkörpers 3 antreibt und dafür sorgt, daß der Ringkörper während der Untersuchung des Patienten mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird. Die Röntgenstrahlungsquelle 2 ist mit einem Kollimator 6 versehen, der die Strahlung der Quelle 2 in ein dünnes, ebenes, sektorförmiges Feld

7 bündelt, dessen winkelmäßige Ausdehnung ausreicht, um die Ausnehmung im Teil 1 zu erfassen. Das Feld ist dünn in der Ausdehnung senkrecht zur Papierebene, so daß nur ein dünner Abschnitt oder eine Scheibe des Patienten von dem Röntgenstrahlenfeld durchdrungen wird. Eine Gruppe von Detektoren 8, von denen jeder einen eigenen Kollimator 9 aufweist, dient zum Empfang der Strahlung, nachdem diese die Ausnehmung im Teil 1 durchquert hat, wobei die Kollimatoren 9 bewirken, daß jeder Detektor nur die Strahlung eines in Längsrichtung des Feldes verlaufenden schmalen Strahles empfängt. Die einzelnen Detektoren liefern dann Ausgangssignale, die die Durchlässigkeit der Strahlung auf mehreren, seitlich einen Abstand voneinander aufweisenden Strahlenwegen darstellen. Da der Ringkörper 3 sich dreht, wex-den von den einzelnen Detektoren

8 fortlaufend Ausgangssignale erzeugt, so daß zahlreiche Gruppen von Signalen geliefert werden, die den verschiedenen Winkelstellungen des Ringkörpers 3 entsprechen. Diese Signale werden über eine Kompensationsschaltung 10 einer Bildrekonstruktionsschaltung 11 zugeführt, in der ein Bild erzeugt wird, das die unterschiedliche Durchlässigkeit oder Absorption der untersuchten Scheibe darstellt. Die Rekonstruktionsschaltung 11 kann beliebig ausgebildet sein, beispielsweise wie die in der GB-PS 1 283 915 beschriebene Schaltung, so daß die Arbeitsweise dieser Schaltung nicht näher erläutert zu werden braucht. In der genannten Patentschrift ist ein iteratives Rekonstruktionsverfahren beschrieben,

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jedoch können auch ein Faltungsverfahren oder andere logische Prozesse angewendet werden.

Die Genauigkeit der Rekonstruktion hängt in starkem Maß von der Genauigkeit der Messung der Absorption ab, die ein jeweils auf einen Detektor 8 auftreffender Strahl erfährt. Daher ist ein genaues Wissen der Intensität eines jeden Strahls an dem Punkt erforderlich, wo er aus der Quelle 2 austritt. Bei dem großflächigen, von einer Coolidge-Röhre mit rotierender Anode erzeugtem Strahlungsfeld 7 kann die Verteilung der Strahlungsdichte beträchtlich innerhalb des Feldes schwanken. Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind mehrere Detektoren 12 (in der Zeichnung sind drei Detektoren dargestellt) unmittelbar vor der öffnung des Kollimators 6 so angeordnet, daß neben einer Hauptfläche des Feldes 7 Strahlung auf sie trifft. Die Detektoren 12 sind über der Breite des Feldes verteilt und überwachen die Intensität der Strahlung.

Die von den Detektoren 12 abgeleiteten Überwachungssignale werden einer Rechenschaltung 13 zugeführt, die für jeden Strahl des Feldes, der von den Kollimatoren 9 bestimmt ist, einen Korrekturfaktor ableiten. Unter der Annahme, daß die Intensitätsverr teilung der Strahlung einem parabolischen Gesetz folgt, sind ,drei Detektoren 12 vorgesehen, da in diesem Falle drei Detektoren ausreichen, um das Gesetz zu erfüllen. Die Zahl der Detektoren kann jedoch je nach Genauigkeitsanforderungen variiert werden. Die in der Schaltung 13 abgeleiteten Korrekturfaktoren werden der Kompensationsschaltung 10 zugeführt, um die Ausgangssignale der verschiedenen Detektoren 8 in der erwünschten Weise zu korrigieren. Die Schaltung 10 ist als getrennte Schaltung dargestellt, jedoch kann sie auch in der Bildrekonstruktionsschaltung 11 enthalten sein.

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Die Strahlungsquelle 2 ist eine Coolidge-Röhre mit rotierender Anode, die die für eine genaue Bildrekonstruktion erforderliche Intensität der Strahlung jedes Strahls gewährleistet. Gemäß Fig. 2 besteht die Röhre aus einem hochevakuierten Kolben 20,
einer Kathode 21 und einer in dem Kolben gelagerten drehbaren
Anode 22. An die Kathode und an die Anode sind eine Heizspannungsquelle 18 und eine Betriebsspannungsquelle 19 angeschlossen. Ein Wassermantel 23 dient als Wärmeableitung für die Anode 22. Die
Anode 22 besitzt am Umfang einen schrägen Rand (28) der eine abgewinkelte Zielfläche für einen Elektronenstrahl 24 bildet, der auf den Rand auftrifft. Als Folge des Bombardements der Zielfläche
durch den Elektronenstrahl 24 wird von dieser Röntgenstrahlung
ausgesendet. Der Kollimator 6 ist so angeordnet, daß die Detektoren Röntgenstrahlung empfangen, die im Querschnitt etwa rechteckförmig und in der Ebene etwa sektorförmig ist, um so das Feld 7
zu bilden. Die Mittellinie des Feldes 7 liegt rechtwinklig zur
Mittellinie des Elektronenstrahls 24. In anderen Worten erstreckt sich das Feld 7 etwa tangential zur Zielfläche 28 der Anode,
während der Elektronenstrahl 24 radial dazu verläuft.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, um Schwankungen der Härte der Röntgenstrahlung innerhalb des
Fächers zu kompensieren. Zu diesem Zweck ist ein Keil 30 aus absorbierendem Material in das Strahlungsfeld 7 eingefügt. Der Keil ist so geformt, daß sichergestellt wird, daß die Härte der Röntgenstrahlung unabhängig vom Winkel ist, so daß sie nahezu gleichmäßige Absorptionseigenschaften in bezug auf den untersuchten
Körper aufweist.

Bs/am

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Leerseite

Claims

EiKENBERG & BRÜMMERSTEDT

PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

EMI Ltd. 100/499

Patent an Sprüche

Vorrichtung zur Untersuchung von Objekten mittels durchdringender Strahlung, unter Verwendung einer Quelle zur Erzeugung der Strahlung und zur Aussendung derselben in unterschiedlichen Richtungen, mit Mitteln zur Bündelung der Strahlung zu einem ebenen, fächerförmigen Strahlungsfeld endlicher Dicke, Detektoren auf der von der Quelle abgekehrten Seite des Objektes zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die ein Maß für die Durchlässigkeit des Objektes für die Strahlung entlang zahlreicher Strahlenwege sind, die in Richtung der Strahlung verlaufen und quer zur Strahlungsrichtung einen Abstand voneinander aufweisen, und Mitteln zur Erzeugung einer Umlaufbewegung der Quelle und der Detektoren um eine gemeinsame Achse, die etwa senkrecht zur Ebene des Strahlungsfeldes verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (30) zur Kompensation der Härte der Strahlung über der Breite des Feldes (7) vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem Keil (30) aus absorbierendem Material bestehen/ der-innerhalb des StrahlungsfeldesH?)- angeordnet und so ausgebildet ist, daß die Härte der Strahlung unabhängig von dem Winkel ist, unter dem die Strahlung aus der Quelle austritt.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (2) aus einer Röhre mit drehbarer Anode (22) besteht, die an ihrem Umfang einen schrägen Rand (28) aufweist.

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